我院陶生策課題組與華中科技大學(xué)范雄林等合作揭示新冠病毒非結(jié)構(gòu)蛋白抗體響應(yīng)的特征
? ? ? ?由新冠病毒（SARS-CoV-2）引發(fā)的疫情給人類社會帶來了深遠(yuǎn)的影響。盡管疫苗對疫情起到了顯著的遏制作用，但我們對于新冠病毒（SARS-CoV-2）的感染性、致病性等方方面面的理解仍甚為缺乏。深入剖析新冠病毒與宿主之間不同層次的相互作用對于最終控制冠狀病毒屬所引發(fā)的疫情十分必要。除了刺突蛋白Spike（簡稱S）和核衣殼蛋白Nucleocapsid（簡稱N）等結(jié)構(gòu)蛋白外，新冠病毒可在細(xì)胞內(nèi)表達一系列的非結(jié)構(gòu)蛋白（non-structural/accessory proteins），這些蛋白對于病毒的復(fù)制、免疫逃逸十分重要。
? ? ? ?2021年6月26，Cell Reports在線發(fā)表了由上海交通大學(xué)陶生策團隊、華中科技大學(xué)范雄林團隊、華中科技大學(xué)附屬同濟醫(yī)院的汪峰/孫自鏞團隊合作的研究成果“Antibody landscape against SARS-CoV-2 proteome reveals significant differences between non-structural/ accessory proteins and structural proteins”。這項工作基于此前開發(fā)的新冠病毒蛋白質(zhì)組芯片（鏈接到Bioart：陶生策團隊合作開發(fā)SARS-CoV-2蛋白質(zhì)組芯片全局性分析新冠病人血清IgG&IgM應(yīng)答）篩選了2360例新冠病人血清和601例對照血清，系統(tǒng)地描繪了新冠病毒非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)的強度、動態(tài)變化以及與疾病的相關(guān)程度，發(fā)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體反應(yīng)模式與結(jié)構(gòu)蛋白存在顯著差異。
? ? ? ?首先，以對照血清的信號強度為基線，作者定量分析了各蛋白的抗體響應(yīng)強度和陽性率（圖1），發(fā)現(xiàn)NSP1，NSP7，NSP8，RbRd，ORF3b以及ORF9b具有廣泛的抗體響應(yīng)，在病人群體中陽性率 >25%。
圖1. 新冠病人血清針對新冠病毒各蛋白的IgG抗體響應(yīng)（信號強度分布及陽性率）
? ? ? ?為了探究非結(jié)構(gòu)蛋白之間以及非結(jié)構(gòu)蛋白同結(jié)構(gòu)蛋白之間的免疫響應(yīng)是否存在關(guān)聯(lián)，作者進一步分析了它們之間的相關(guān)性。分析發(fā)現(xiàn)，非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)之間呈現(xiàn)較強的相關(guān)和連鎖效應(yīng)，而令人意外的是，非結(jié)構(gòu)蛋白與S或N蛋白之間則無顯著關(guān)聯(lián)（圖2）。這些結(jié)果提示，非結(jié)構(gòu)蛋白的免疫路徑或與結(jié)構(gòu)蛋白存在差異。有意思的是，NSP7，NSP8和RdRp的響應(yīng)具有更為顯著的相關(guān)性，這或與它們可形成復(fù)合物有關(guān)。
圖2. 各蛋白之間抗體響應(yīng)的相關(guān)性。a, b. 分別以NSP7和S1為參照，評估其它蛋白抗體響應(yīng)的連鎖效應(yīng)。c. 各蛋白抗體水平的相關(guān)系數(shù)矩陣。d-g. 不同蛋白之間抗體水平的相關(guān)性分析或結(jié)構(gòu)分析。
? ? ? ?作者進一步分析了非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)與疾病嚴(yán)重程度的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于S和N蛋白，NSP7等非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)與疾病嚴(yán)重程度更為相關(guān)，且隨著抗體水平的升高，病人的癥狀更為嚴(yán)重或死亡概率有所增加（圖3）。盡管中和抗體可高效的抑制病毒的侵入，但是有嚴(yán)重癥狀的病人體內(nèi)的中和抗體水平并非顯著下降，反而呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)，即嚴(yán)重的病人體內(nèi)傾向于誘發(fā)更高水平的抗體。這其中的內(nèi)在聯(lián)系仍是目前亟待研究的重要科學(xué)問題。本文的發(fā)現(xiàn)提示非結(jié)構(gòu)蛋白所觸發(fā)的免疫反應(yīng)或在加重疾病中扮演更為重要的角色。
圖3. 蛋白抗體響應(yīng)同疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。a-h. 不同病人組別（輕癥，重癥和死亡）中，各蛋白抗體陽性率（上）及抗體響應(yīng)水平（下）。
? ? ? ?通過對時序樣本的分析，作者發(fā)現(xiàn)，非結(jié)構(gòu)蛋白的抗體水平和陽性率很快（發(fā)病后20天左右）就呈現(xiàn)顯著的下降趨勢（圖4），而S或N蛋白的抗體水平和陽性率則相對更為穩(wěn)定。這些結(jié)果均提示非結(jié)構(gòu)蛋白與結(jié)構(gòu)蛋白的抗體響應(yīng)存在顯著的差異。
圖4. 非結(jié)構(gòu)蛋白抗體響應(yīng)的動態(tài)變化。a-b. 根據(jù)發(fā)病時間（day）統(tǒng)計各病人抗體水平的平均值（a）及陽性率（b）并繪制趨勢線。不同顏色分別代表不同組別病人。
? ? ? ?綜上所述，該研究重點描述了新冠病毒非結(jié)構(gòu)蛋白在病人中的抗體響應(yīng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其響應(yīng)特征與結(jié)構(gòu)蛋白（S和N）存在明顯的差異。這些研究提示，新冠病毒的結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白觸發(fā)免疫響應(yīng)或依賴于不同的路徑，并且對于疾病的嚴(yán)重程度具有不同程度的相關(guān)性。非結(jié)構(gòu)蛋白抗體的病理性作用有待進一步研究。
? ? ? ?本項研究的共同第一作者為李陽，許釗葳，雷清，賴丹昀和侯紅艷，共同通訊為陶生策（上海交通大學(xué)），范雄林（華中科技大學(xué)），汪峰（華中科技大學(xué)附屬同濟醫(yī)院）。
原文鏈接：?https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)00789-0
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稿件來源：陶生策課題組
圖文編輯：王華瑤
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